一種線性頻域光柵及其設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學領域，特別涉及一種線性頻域光柵及其設計方法。
【背景技術】
[0002] 現有的衍射光柵或棱鏡對光的散射是波長線性的。這里所謂的散射是波長線性 的，是指現有的衍射光柵或棱鏡，由于其入射光波長的不同，其出射光的出射角也不同，其 入射光的波長與出射光的出射角之間存在線性關系。所以，由傳統的衍射光柵或棱鏡制作 的光譜儀只能是波長線性的。此時，入射光的頻率與出射光的出射角之間是非線性的。在很 多場合，需要光學器件對光的散射是頻率線性的，即入射光經過特定的光學器件散射之后， 入射光的頻率與出射光的出射角之間存在線性關系。
【發明內容】
[0003] 為了使光學器件對光進行頻率線性的散射，本發明提出了一種線性頻域光柵的設 計方法，包括將衍射介質附著在棱鏡上形成衍射層，再蓋上一層光學玻璃保護層；由
[0004] Ii1 sin 9 != n 2 sin 0 2
[0005] 得到入射光經過光學玻璃保護層后的出射角，其中^為第一介質的折射率，11 2為 第二介質的折射率，此處的第一介質可以是空氣，此處的第二介質是光學玻璃保護層，0i 為入射光入射光學玻璃保護層的入射角，02為入射光經過光學玻璃保護層后的出射角，0 2 也是入射光進入衍射層時的入射角；然后由光柵方程：
[0006] 入? y ? m = sin 9 2+sin 9 3
[0007] 得到入射光經過衍射層后的衍射角，其中X為入射光的波長，y為衍射層的單位 條紋數，m為衍射光所在的級數，03為入射光經過衍射層后的衍射角；棱鏡的折射率由制作 棱鏡的光學材料決定，具體為
【主權項】
1. 一種線性頻域光柵的設計方法，其特征在于，包括將衍射介質附著在棱鏡上形成衍 射層，再蓋上一層光學玻璃保護層；由 Ii1Sin θ χ= n 2sin θ 2 得到入射光經過光學玻璃保護層后的出射角，其中H1為第一介質的折射率，η2為第二 介質的折射率，G1為入射光入射光學玻璃保護層的入射角，θ2為入射光經過光學玻璃保 護層后的出射角，0 2也是入射光進入衍射層時的入射角；然后由光柵方程： λ · μ · m = sin Θ Jsin Θ 3 得到入射光經過衍射層后的衍射角，其中λ為入射光的波長，μ為衍射層的單位條紋 數，m為衍射光所在的級數，θ3為入射光經過衍射層后的衍射角；棱鏡的折射率由制作棱鏡 的光學材料決定，具體為
其中η ( λ )為棱鏡的光學折射率，Kp K2、K3、Lp L2、L3為表征制作棱鏡的光學材料的光 學特性的常數參數；對于底角為α的棱鏡，由
得到入射光經過棱鏡后的出射角，其中θ4為入射光經過棱鏡后的出射角；由 Θ 3= sin ( μ λ -〇· 5 μ λ c) -sirf1 (0· 5 μ λ c) +sirf1 (η ( λ ) cos α ) 對波數的微分式
對波數的微分式
其中，λ。為入射光譜的中心波長，k為波數，k = 2 π / λ ;k。為入射光譜的中心波長所 對應的波數，k。= 2 π / λ。;選擇適當的K i、K2、K3、L2、L#P衍射層的單位條紋數μ，令 θ' 4(k)對波數k為常數。
2. 如權利要求1所述的一種線性頻域光柵的設計方法，其特征在于，所述棱鏡是等角 棱鏡。
3. -種線性頻域光柵，其特征在于，所述的線性頻域光柵包括光學玻璃保護層、衍射層 和棱鏡；衍射介質附著在棱鏡上形成所述的衍射層，光學玻璃保護層蓋在衍射層上。
4. 如權利要求3所述的一種線性頻域光柵，其特征在于，所述棱鏡的K i、K2、K3、U、L2、 LjP衍射層的單位條紋數μ滿足如下條件：下列算式
對波數k為常數；其中，k = 2π/λ，λ為入射光的波長；1、1(2、1(3山山兒3為表征制 作棱鏡的光學材料的光學特性的常數參數
），η(λ) 為棱鏡的光學折射率；Θ 3為入射光經過衍射層后的衍射角；α為棱鏡的底角；k。為入射光 譜的中心波長所對應的波數，k。= 2π/λ。，λ。為入射光譜的中心波長。
5. 如權利要求3所述的一種線性頻域光柵，其特征在于，所述棱鏡可以是等角棱鏡。
【專利摘要】本發明涉及光學領域，特別涉及一種線性頻域光柵及其設計方法。本發明的線性頻域光柵包括光學玻璃保護層、衍射層和棱鏡；衍射介質附著在棱鏡上形成所述的衍射層，光學玻璃保護層蓋在衍射層上。入射光經過本發明的線性頻域光柵散射后形成的光譜是頻率線性的。本發明的線性頻域光柵可用于制作線性頻域光譜儀，制作的線性頻域光譜儀具有體積小、重量輕、零散器件數目少、組裝和調試時間短的優點，有效降低了線性頻域光譜儀由于界面反射帶來的光損失和光噪聲，同時降低了線性頻域光譜儀的制造成本。本發明的線性頻域光柵，廣泛適用于光學成像OCT、光譜分析、光通訊等現代光譜學領域。
【IPC分類】G02B5-04, G02B5-18
【公開號】CN104765085
【申請號】CN201510126357
【發明人】胡志林
【申請人】美昇科技（成都）有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月23日